Патент на изобретение №2342717

(54) УСТРОЙСТВО ПЕРВОГО КОНТУРА ДВУХКОНТУРНОЙ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройству первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки с водо-водяной кипящей активной зоной, а именно к обеспечению движения теплоносителя в первом контуре с помощью струйных насосов. Устройство первого контура содержит сепаратор пароводяной смеси и в качестве средства циркуляции теплоносителя струйный насос, имеющий сопло для подвода пара, сопло для подвода воды и выходной патрубок. Выход активной зоны для теплоносителя подключен к входу сепаратора, водяной выход сепаратора подключен к входу парогенератора, а паровой выход сепаратора подключен к соплу для подвода пара насоса. Выход парогенератора подключен к соплу для подвода воды насоса. Выходной патрубок струйного насоса подключен к входу активной зоны для теплоносителя. Теплоносителем является вода, однако на выходе активной зоны теплоноситель – пароводяная смесь. Заявленное устройство позволяет упростить конструкцию ядерной установки, увеличить ее надежность, уменьшить размер реактора, а также реализовать идею «конструктивной безопасности». 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройству первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки с водо-водяной кипящей активной зоной, а именно к обеспечению движения теплоносителя в первом контуре с помощью струйных насосов.

Известен первый контур двухконтурной ядерной энергетической установки, в котором циркуляция теплоносителя первого контура осуществляется электронасосом. Такой первый контур включает в себя активную зону, парогенератор и электронасос. Паропроводящая установка с таким контуром имеет небольшую высоту. К недостаткам устройства относятся необходимость подвода электроэнергии, высокая стоимость и невысокая надежность электронасоса.

Известен первый контур двухконтурной ядерной энергетической установки с водо-водяной кипящей активной зоной, в котором циркуляция теплоносителя первого контура осуществляется за счет естественной циркуляции. Такой первый контур включает в себя кипящую активную зону и парогенератор. Такой первый контур не расходует электроэнергию и имеет высокую надежность циркуляции теплоносителя. Недостатки: требует размещения парогенератора намного выше активной зоны, что не позволяет создать паропроизводящую установку небольшой высоты.

Известны устройства для осуществления циркуляции теплоносителя в замкнутых контурах, например, по патенту RU 2116522 «Струйный насос», F04F 5/14, опубл. 1998.07.27, который содержит устройство для подвода пассивной среды, сопло для подвода активной среды и расположенные соосно с ним сужающуюся по ходу движения потока смеси камеру смешения и диффузор. Сопло выполнено сходящимся по ходу движения среды, а камера смешения состоит по меньшей мере из двух конических, последовательно сужающихся участков, выполненных с последовательно уменьшающимся от участка к участку углом конусности, и цилиндрического участка, причем последний по ходу движения среды конический участок камеры смешения выполнен с углом конусности 1-4°, а предпоследний по ходу движения среды конический участок камеры смешения выполнен с углом конусности 10-22°.

Заявляемое изобретение решает задачу создания первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки с водо-водяной кипящей активной зоной, не требующего подвода внешней энергии для осуществления циркуляции теплоносителя и компактного по размерам.

В заявляемом изобретении устройство первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки с водо-водяной кипящей активной зоной, включающее активную зону и парогенератор, отличается тем, что дополнительно введены сепаратор пароводяной смеси и в качестве средства циркуляции теплоносителя струйный насос, имеющий сопло для подвода пара, сопло для подвода воды и выходной патрубок. Выход активной зоны для теплоносителя подключен к входу сепаратора, водяной выход сепаратора подключен к входу парогенератора, а паровой выход сепаратора подключен к упомянутому соплу для подвода пара струйного насоса, выход парогенератора подключен к упомянутому соплу для подвода воды струйного насоса, а выходной патрубок струйного насоса подключен к входу активной зоны для теплоносителя. Теплоносителем является вода, однако на выходе активной зоны теплоноситель – пароводяная смесь.

Такое выполнение первого контура позволяет осуществлять перекачку теплоносителя автоматически, с помощью насоса необъемного вытеснения, работающего на паре, который образуется при работе кипящей активной зоны. В двухконтурной ядерной энергетической установке с водо-водяной кипящей активной зоной образуется небольшое количество пара, которое выделяется в сепараторе пароводяной смеси и подается на сопло для подвода пара струйного насоса. Вода с водяного выхода сепаратора через парогенератор подается в сопло для подвода воды струйного насоса. Пар и вода в струйном насосе смешиваются, разгоняются, пар конденсируется и получившийся однофазный поток тормозится в диффузоре, при этом давление в струйном насосе повышается. Давление за диффузором выше, чем давление воды и пара на входе в струйный насос. Это дает возможность использовать струйный насос как циркуляционное средство в замкнутом контуре.

Применение заявляемого устройства позволяет обойтись без сложного оборудования, без подвода электроэнергии и выполнить габариты ядерного реактора небольшими. Кроме того, заявляемая схема первого контура позволяет естественным образом реализовать идею «конструктивной безопасности». Эта идея заключается в интегральной (моноблочной) компоновке первого контура – активная зона, парогенератор, компенсатор объема и средства циркуляции теплоносителя первого контура размещаются в одном прочном корпусе. В отличие от электронасоса, который не целесообразно размещать внутри моноблока (надежность электронасоса намного ниже надежности активной зоны и парогенератора, и поэтому его надо обслуживать и ремонтировать), струйный аппарат имеет высокую надежность (в нем нет движущихся частей и в нем нечему ломаться), и его можно и нужно размещать внутри моноблока.

В устройство может быть дополнительно введен водо-водяной инжектор, имеющий вход для перекачиваемого теплоносителя, вход подвода разгоняющего потока и выход, при этом выходной патрубок струйного насоса подключен к входу активной зоны для теплоносителя через упомянутый инжектор, вход для подвода разгоняющего потока которого подключен к выходному патрубку струйного насоса, выход инжектора к входу активной зоны для теплоносителя, а вход подвода разгоняющего потока также подсоединен к выходу парогенератора.

Введение водо-водяного инжектора позволяет увеличить расход воды при неизменном расходе пара, то есть снизить массовое паросодержание на выходе из активной зоны, что обеспечивает более устойчивую работу активной зоны.

Кроме того, в устройстве первого контура между входом инжектора для перекачиваемого теплоносителя и выходом парогенератора может быть размещено межканальное пространство активной зоны. Подача в межканальное пространство активной зоны более холодной воды дополнительно улучшает работу активной зоны

Изобретение поясняется схемами. На Фиг.1 приведена схема устройства первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки со струйным насосом, на Фиг.2 – схема устройства со струйным насосом и водяным инжектором, на Фиг.3 – схема устройства со струйным насосом, водяным инжектором и активной зоной.

Устройство первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки с водо-водяной кипящей активной зоной (Фиг.1) включает активную зону 1, сепаратор 2 пароводяной смеси, парогенератор 3, струйный насос 4. Струйный насос 4 содержит сопло 7 для подвода пара, сопло 8 для подвода воды и выходной патрубок.

Устройство первого контура работает следующим образом. Недогретый до насыщения теплоноситель первого контура поступает в активную зону 1, где нагревается до насыщения и частично испаряется. Выходящая из активной зоны 1 двухфазная пароводяная смесь направляется в сепаратор 2, в котором разделяется на насыщенный пар и насыщенную воду. Пар из сепаратора 2 направляется на сопло 7 для подвода пара струйного насоса 4. Вода из сепаратора 2 проходит через парогенератор 3, охлаждается и с некоторым недогревом до насыщения направляется на сопло 8 для подвода воды струйного насоса 4. В струйном насосе 4 пар и вода смешиваются, разгоняются, пар конденсируется и получившийся однофазный поток тормозится в диффузоре струйного насоса, при этом давление повышается. Далее вода снова поступает в активную зону 1.

Устройство первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки с водо-водяной кипящей активной зоной на Фиг.2 содержит активную зону 1, сепаратор 2 пароводяной смеси, парогенератор 3, струйный насос 4 и водо-водяной инжектор 5. Инжектор 5 имеет вход 9 подвода разгоняющего потока и вход 10 для перекачиваемого теплоносителя.

Выходящая из активной зоны 1 двухфазная пароводяная смесь направляется в сепаратор 2, в котором разделяется на насыщенный пар и насыщенную воду. Пар из сепаратора 2 направляется на сопло 7 для подвода пара струйного насоса 4. Вода из сепаратора 2 проходит через парогенератор 3, охлаждается и частично направляется на сопло 8 для подвода воды струйного насоса 4. В струйном насосе 4 пар и вода смешиваются, разгоняются. С выхода струйного насоса 4 вода поступает на вход 9 подвода разгоняющего потока инжектора 5. На вход 10 для перекачиваемого теплоносителя инжектора 5 поступает другая часть водного потока с выхода парогенератора 3. С выхода инжектора 5 вода поступает в активную зону 1.

Устройство первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки с водо-водяной кипящей активной зоной на Фиг.3 содержит активную зону 1, сепаратор 2 пароводяной смеси, парогенератор 3, струйный насос 4, водяной инжектор 5. Работа устройства отличается от работы устройства, показанного на Фиг 2, только тем, что прежде чем вода поступает на вход 10 для перекачиваемого теплоносителя инжектора 5, она дополнительно охлаждает межканальное пространство. Это обеспечивает более устойчивую работу активной зоны 1.

Формула изобретения

1. Устройство первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки с водо-водяной кипящей активной зоной, включающее активную зону и парогенератор, отличающееся тем, что дополнительно введены сепаратор пароводяной смеси и, в качестве средства циркуляции теплоносителя, струйный насос, имеющий сопло для подвода пара, сопло для подвода воды и выходной патрубок, причем выход активной зоны для теплоносителя подключен к входу сепаратора, водяной выход сепаратора подключен к входу парогенератора, а паровой выход сепаратора подключен к упомянутому соплу для подвода пара струйного насоса, выход парогенератора подключен к упомянутому соплу для подвода воды струйного насоса, а выходной патрубок струйного насоса подключен к входу активной зоны для теплоносителя, кроме того, устройство содержит водо-водяной инжектор, имеющий вход для перекачиваемого теплоносителя, вход подвода разгоняющего потока и выход, при этом выходной патрубок струйного насоса подключен к входу активной зоны для теплоносителя через упомянутый инжектор, вход подвода разгоняющего потока которого подключен к выходному патрубку струйного насоса, выход инжектора к входу активной зоны для теплоносителя, а вход для перекачиваемого теплоносителя также подсоединен к выходу парогенератора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между входом инжектора и выходом парогенератора размещено межканальное пространство активной зоны.

РИСУНКИ